提高高炉喷煤量的限制因素和关键技术专项措施世界金属导报期.doc

提高高炉喷煤量限制因素和技术办法 1前言 高炉大量喷煤是炼铁工序节能减排和减少生产成本重要办法。1998年6月，宝钢在喷煤工艺和高炉喷煤冶炼技术上率先获得突破，达到了200kgt喷煤比水平，此后将200kgt以上喷煤比指标始终保持到，同步实现了2224td运用系数、500kgt左右燃料比先进生产技术经济指标。近来，国内高炉喷煤工艺和操作技术有较大进步，喷煤比普遍提高，个别高炉也达到过180-200kgt煤比水平，但实现200kgt以上高煤比操作仍是大多数高炉努力目的。近几年来，特别是以来，国内钢铁产能迅速增长，加剧了原燃料供求紧张形势；原燃料质量普遍下降，供应不稳定，给高炉高产、稳定和提高喷煤量带来很大困难。进入，全国高炉煤比指标普遍下降，仅少数高炉保持180kgt喷煤比。宝钢股份宝钢分公司4座40005000m3级大型高炉受原燃料质量下降影响，炉况变差，压差很高，顺行不稳定，3月起煤比持续下降，10月被迫下降到200kgt如下。但在22-25tdm3较高运用系数下，通过操作调节优化，各高炉仍保持了492-500kgt较低燃料比。 如何实现200kgt喷煤量操作，或者，在原燃料质量变差状况下，如何可保持和增长喷煤量，这是当前炼铁技术人员和操作者比较关怀问题。宝钢通过长期200kgt高煤比操作实践，对提高喷煤量限制因素和技术办法进行了分析研究和总结。本文结合宝钢高炉喷煤生产实践，对有关重要问题进行阐述和讨论。 2提高喷煤量限制因素和技术对策 高炉提高喷煤量，特别是在150170kgt煤比基本上提高喷煤量，由于喷煤对炉况和高炉冶炼过程影响较大，高炉与否稳定接受更高喷煤量，存在许多限制因素。分析以为重要有如下四个方面：炉缸热补偿和煤粉燃烧率、上下部调剂和气流分布控制、焦炭质量、渣比。 21炉缸热补偿与煤粉燃烧率 随喷煤比增长，风口前理论燃烧温度Tf值明显下降。为保证炉缸热状态需要，欧洲、日本普通规定Tf在-2100以上。采用高风温、低湿分、富氧鼓风是增长热补偿有效办法。1998，宝钢高炉采用12401250高风温、最低79gm3鼓风湿分、23富氧率鼓风操作，使喷煤比200-230kgt时Tf值(按改进新日铁经验式计算)仍维持0C以上。生产实际表白，Tf值控制在0C以上，可以保证炉温充沛、炉缸热状态正常。 高风温是增长喷煤热补偿重要手段，每提高1000C风温可补偿Tf值600C以上。风温低于11000C高炉，应大力采用高风温热风炉先进技术和控制技术，使风温达到1200以上。富氧既是提高产量手段，也是增长喷煤热补偿重要办法。每富氧1，可补偿Tf40500C。宝钢高炉近几年为保持高运用系数、200kgt煤比操作，将富氧率提高到35。制氧能力富裕厂家应尽量通过富氧鼓风手段提高运用系数和增长喷煤量。喷吹烟煤或喷吹烟煤配比较高煤粉，因烟煤分解吸热量大，炉腹煤气量大，比喷吹单一无烟煤使Tf下降更多，相应需要增长更多热补偿量。 因在回旋区内停留时间极短，高煤比操作时煤粉不也许在风口前完全燃尽，未燃煤粉产生量如超过高炉以各种途径消化运用能力范畴，引起高炉压差超限、炉况波动，炉尘含碳量大幅度升高和高炉燃料比上升，甚至炉缸不活，则此时风口前煤粉燃烧率是增长喷煤量重要限制环节。宝钢高炉风口取样分析计算表白，喷煤量175kgt和210230kgt时，回旋区内煤粉燃烧率分别为849和70572，这表白增长喷煤量使风口前煤粉燃烧率明显下降。未燃煤粉对高炉直接影响是使料柱、软熔带和死料柱透气性变差，因此，高煤比操作必要保证风口前7080较高燃烧率。提高喷煤量，一方面要解决煤粉分解热补偿和残炭燃烧问题，增长热补偿手段同步也是强化煤粉燃烧、提高燃烧率手段。高风温可加快煤粉热分解和着火，这对增进燃烧非常重要，是提高燃烧率应优先采用手段，这对供氧局限性厂家高炉更为有效和实际。此外，提高煤粉燃烧率需要增长氧量和改进煤、氧混合扩散条件。高煤比需要高富氧，喷煤180200kgt时，富氧率普通应维持在3.0左右。在直吹管、风口有限空间内，理论上，采用单独氧枪(在煤枪下游、更接近风口前)比使用氧煤枪对提高燃烧率有效，国内外实践看，这两种办法未证明对提高喷煤量有明显作用(也许该高炉提高喷煤量限制环节不是煤粉燃烧率)，由于氧气温度低(常温久扩散快，故未能达到抱负氧煤高效燃烧效果。事实上，在煤粉燃烧过程中，预热、升温、分解、着火阶段重要需要热量而不是氧气，因此除高风温外，加强煤粉与热风混合也非常重要。在直吹管使用双枪喷煤，可以强化煤粉扩散和与热风混合，加快煤粉热分解和着火，因而具备一定效果，在宝钢集团梅钢高炉上使用较好，喷煤量达到180kgt。并且该办法比使用单独氧枪或氧煤枪安全、简便。添加助燃剂是强化煤粉燃烧、提高燃烧率和增长喷煤量另一途径，对风温低、富氧率低，特别是喷吹无烟煤或烟煤配比较低高炉，此办法有一定效果。但添加剂应助燃作用强，配入量少，KNa元素含量少，混配解决以便，其成分应对高炉造渣和长寿无不良影响。 克服煤粉燃烧率限制，增长喷煤量，最重要办法是采用12500C高风温、235较高富氧率鼓风。富氧对喷煤有利作用是多方面，可提高理论燃烧温度，提高煤粉燃烧率，减少炉腹煤气量(减少风压)，提高热流比(减少顶温)，增长产量，因而要创造条件实现富氧鼓风操作。 22上下部调剂和气流分布控制 提高喷煤高炉操作水平，使高炉具备接受更多喷煤量能力和条件，喷煤冶炼操作技术是提高喷煤量重要方面。国外某些原燃料条件好高炉采用过各种办法以增长喷煤量，但实现200kgt以上高煤比操作仍较困难，也许与其操作技术不匹配关于。 由于块状带矿焦比升高，炉料负荷增大，焦炭层变薄；软熔带焦窗面积减小；焦炭物理化学破坏限度加大，风口区和死料柱焦炭床透气性变差；风口前煤粉燃烧使炉缸煤气量增大，风压升高，高炉各部位压差上升，随喷煤量提高，高炉整体透气性下降。宝钢高炉煤比超过180200kgt后，高炉K值(透气性指数， p2-Tp2)BG)呈明显升高趋势。操作上如不能合理调节上下部控制参数，不能改进气流分布以陶氐风压和压差、K值，导致炉况不稳定甚至崩滑料不断，则继续增长喷煤量将受到限制，此时限制环节在操作上。在原燃料质量基本稳定、炉况良好条件下，操作技术水平(特别是控制稳定、合理煤气流分布)是核心。高炉气流分布控制得好、K值稳定且低于上限，可明显提高高炉喷煤量能力。大某些煤粉接近风口燃烧，煤气量增大，同步由于焦炭在风口前粉化和死料柱表面焦粉和未燃煤粉积聚量增长，死料柱透气性明显下降，加上死料柱更新减慢，体积扩大，使风口循环区缩短(宝钢高炉喷煤量由170kgt增长到200kgt以上时，回旋区深度由22m缩短到17m)。m3以上高炉，其煤气流分布体现为边沿气流发展，中心气流局限性，炉墙热负荷增长。 下部调剂应控制恰当风速(200ms以上)和高鼓风动能，以保持一定循环区长度，发展中心气流，激活死料柱，活跃炉缸，这对于高煤比操作是至关重要。在一定富氧率下，宝钢通过缩小风口面积或使用长风口，保证喷煤200kgt以上时250ms左右较高风速，以保持风口循环区1718in长度，为上部布料调节治善气流分布创造了基本条件。 通过上部布料调剂形成合理煤气流再分布，以减少压差、改进透气性，稳定炉况，提高高炉接受大喷煤量能力，这是提高煤比操作重要内容。在装料方面，宝钢高炉对于不同喷煤比选取适当矿批、焦批，使焦炭在炉喉层厚达到700mm左右、炉腰区焦炭层厚达到250mm以上。在布料方面，通过料线、无料钟布料档位调节，保证边沿焦层有一定宽度和料面中心漏斗有一定深度，使边沿气流和中心气流具备适当比率。合理调节矿石和焦炭布料档位和圈数，控制边沿气流既不较强也不太弱，同步中心气流必要较强且稳定，这是炉况顺行和气流控制目的。宝钢在喷煤200kgt以上时，规定炉顶十字测温边沿四点温度保持200300，中心点温度保持600C左右。布料档位和料线调节对气流分布、煤气运用率和K值影响较大，且存在一定滞后性，因而操作上应做好炉况和气流分布趋势判断，以少动、微调为宜。由于炉内矿焦比径向分布和整体气流分布合理，透气性良好，宝钢1高炉和4高炉能长期在210230kgt煤比下保持顺行稳定。当前，宝钢各高炉在原燃料质量下降状况下，通过上部布料调节和高顶压操作，控制煤气流分布合理，改进了透气性，稳定了炉况，从而稳定了喷煤量。 国内外某些高炉采用中心加焦方式来解决中心气流变弱问题，获得不同效果，也存在一定问题。采用中心加焦时，中心气流有发展，但中心加焦量较大时，中心气流不稳，顶温升高，煤气运用率普遍较低。武钢5号高炉实际应用状况表白，长期中心加焦会抬高中心料面漏斗，变化中心煤气流分布，易形成中心堆积，反而使炉况顺行受到破坏，最后不断减少中心加焦量直至取消。宝钢在提高喷煤量过程中，坚持通过缩小风口面积、提高鼓风动能、延长回旋区深度措施来发展中心气流，放弃中心加焦，实践证明达到了目。因此，提高喷煤量，操作是核心，要上下部调剂相结合，不能偏颇。 23保证良好焦炭质量 良好、稳定原燃料质量，特别是焦炭质量，是高炉稳定、透气性良好和提高喷煤量基本。随着喷煤比提高，因冶炼周期延长，焦炭在炉内经受溶损反映破坏不D碱金属腐蚀破坏、风口循环区高温撞击磨损等破坏程助口大，到达炉缸时其劣她口剧，粒度变小。喷煤量越高、炉容越大，劣化越显著。宝钢近年来进行大量风口取样研究证明了这一点。如表1所示，喷煤比由175kgt提高到气流分布趋势判断，以少动、微调为宜。由于炉内矿焦比径向分布和整体气流分布合理，透气性良好，宝钢1高炉和4高炉能长期在210230kgt煤比下保持顺行稳定。当前，宝钢各高炉在原燃料质量下降状况下，通过上部布料调节和高顶压操作，控制煤气流分布合理，改进了透气性，稳定了炉况，从而稳定了喷煤量。 国内外某些高炉采用中心加焦方式来解决中心气流变弱问题，获得不同效果，也存在一定问题。采用中心加焦时，中心气流有发展，但中心加焦量较大时，中心气流不稳，顶温升高，煤气运用率普遍较低。武钢5号高炉实际应用状况表白，长期中心加焦会抬高中心料面漏斗，变化中心煤气流分布，易形成中心堆积，反而使炉况顺行受到破坏，最后不断减少中心加焦量直至取消。宝钢在提高喷煤量过程中，坚持通过缩小风口面积、提高鼓风动能、延长回旋区深度办法来发展中心气流，放弃中心加焦，实践证明达到了目。因此，提高喷煤量，操作是核心，要上下部调剂相结合，不能偏颇。 23保证良好焦炭质量 良好、稳定原燃料质量，特别是焦炭质量，是高炉稳定、透气性良好和提高喷煤量基本。随着喷煤比提高，因冶炼周期延长，焦炭在炉内经受溶损反映破坏不被碱金属腐蚀破坏、风口循环区高温撞击磨损等破坏程助口大，到达炉缸时其劣她口剧，粒度变小。喷煤量越高、炉容越大，劣化越明显。宝钢近年来进行大量风口取样研究证明了这一点。如表1所示，喷煤比由175kgt提高到210kWt时，风口焦平均粒度减小36mm，风口前25m处875，灰份120，同步热强度按CRI66控制。开始，为适应高炉高产能、高煤比生产需要和对热性能规定，严格控制CRI69。至3 月，炼焦煤质更加劣化，焦炭冷热 强度及灰、硫指标明显下滑，使高 炉风压、压差升高，炉况不稳比被迫下调。 在煤种多而杂、品质较差条 件下，要保持较高焦炭质量指标，重要靠用煤管理、精料管理、优化配煤和加强炼焦过程控制。宝钢应用配煤专家系统优化配煤260kgt。方案，同步结合煤质指标和煤岩状况下分析进行合理配煤。在用煤管理、煤解决、装煤和炼焦操作上，充分运用大煤场有利条件，炼焦用煤开卸和封堆均严格按批量管理，杜绝混堆；采用二次粉碎流程，炼焦煤在送往配煤槽前，先将块度大、可磨性差煤进行一次粉碎，人槽后分两组进行二次粉碎，保证配煤粉碎细度合理；提高配煤精准度，配煤误差o5，保证了焦炭质量稳定；采用成型煤工艺，提高装煤堆密度，配入成型煤后使装入煤堆比重提高了0()2 tm，从而有助于提高焦炭冷热强度；进行100干法熄焦，稳定焦炭质量；采用“火落管理”，对每一炉焦通过“火落”鉴定后，再控制合理“焖炉时间”，避免焦炭过生或过熟。 此外，加强高炉槽下筛分，减少50mm比例应不大于10，多用进口球团或多生产自产球团矿，近几年国内氧化球团产线相继投产，对提高喷煤量有利；3)加强料场原燃料筛分和管理，加强高炉槽下筛分，减少粉末人炉；4)通过选煤、配煤减少焦炭灰分和全硫量；5)通过选煤、配煤，特别是多配烟煤喷吹(烟煤灰分普遍比无烟煤低)，减少煤粉灰分和全硫量。提高烟煤配比还可提高煤粉燃烧率，增长喷煤量。 3喷煤运用效果检查和评价 喷煤最后目是最大限度降礁比，但以炉况稳定顺行、总 燃料比不增长、煤粉在炉内充分燃烧和运用为前提和评价原则。 除煤焦置换比外，喷煤效果检 验指标重要看燃料比和煤粉运用率。 未燃尽煤粉通过炉顶煤气吹出炉外，进入重力灰(一次灰)和瓦斯泥(二次灰)中。采用岩相分析与化学分析相结合办法，可分析出炉尘中未消耗煤粉含量。 未消耗煤粉比例5未消耗煤粉(5未消耗煤粉十s焦粉) 未消耗煤粉(含碳)量未消耗煤粉比例炉尘含碳量 随喷煤量提高，炉尘含碳量及其中未消耗煤粉含量升高。通过大量取样分析表白，铲尘含碳量与其中未消耗煤粉含碳量(即炉尘总碳成分中未运用煤粉所占比重)基本呈正比关系。事实上，每座高炉炉尘中末消耗煤粉碳含量是随炉尘含碳量变化，通过不同喷煤比操作日树炉尘检测分析彳rJ用如下经验式可大体估算出炉尘中未消耗煤粉损失状况，以检查喷煤运用效果。 宝钢高炉喷煤比在170245kgt范畴时，炉尘含碳量和未消耗煤粉含碳量与喷煤比(PCR)关系式为： 二次灰：含碳量=-742+001XPCR+00005X(PCR)r0996 未消耗煤粉含碳量一?939063+058321 X PCRO0006867 x(PC久)r0984 重力灰： 含碳量二602587十0135 X PCR-000012648 X(PCR)r09649 未消耗煤粉含碳量一5215097+04146 X PCR0 X(PCR)2 r0954 可运用如下经验式，依照炉尘含碳量估算其中未消耗煤粉含量，这为跟踪理解煤粉在炉内。运用状况提供了以便。 二次灰： 未消耗煤粉含碳量二5493+0881X二次灰含碳量 r0940 重力灰： 未消耗煤粉含碳量3948十0709X重力灰含碳量 r0966 随着喷煤量增长，炉尘含碳量和未消耗煤粉量呈上升趋势，特别是提高到200kgt以上时二次灰含碳量及其中未燃尽煤粉含量增长更为明显，这将导致喷吹煤粉运用率和置换比下降。因而，必要提高煤粉在风口前燃烧率，并通过下部调剂和布料等手段提高煤粉在高炉内运用率。煤粉在炉内运用率可按下式计算： 煤粉在炉内运用率()1(一次灰比kgtx一次灰中未燃煤粉含量)+(二次灰比kgtx二次灰中未燃煤粉含量)煤比(kgt) 宝钢不同喷煤比时炉尘含碳量、其中未消耗煤粉量及煤粉运用率检测分析成果如表4和表5。可见，煤比刀170kgt时炉尘中几乎没有未消耗煤粉，煤比从170 kgt增长到245kgt时，二次灰中未消耗煤粉含碳量明显增长，重力灰中未消耗煤粉含碳量也明显增长。但通过操作调节，煤粉运用率达到9786以上。 宝钢对未燃煤粉在高炉内以不同途径消耗运用规律进行了实验研究，成果表白，喷煤230kgt时，风口前燃烧消耗煤粉约占入炉煤粉量874；参加铁直接还原、非铁元素直接还原和碳气化反映消耗未燃煤粉约占入炉煤粉量1677；铁水渗碳和渣中沉积消耗未燃煤粉约占人炉煤粉量1242；随煤气逸出炉外未燃煤粉约占入炉煤粉量207，煤粉末运用率229，阐明煤粉燃烧和未燃煤粉运用良好。 4结论 宝钢通过技术研究和生产实践创新，在原燃料质量好、炉况稳定、操作技术水平高有利条件下，实现了高炉喷煤比200kgt以上目的，并持续保持该指标近年。总结高炉喷煤技术和宝钢生产实践，重要有如下经验： (1)选取符合规定煤种，并合理配煤，优化控制煤粉质量。 (2)提高喷煤量重要限制因素在原燃料质量特别是焦炭质量、风口前热补偿及煤粉燃烧率、高炉透气性和渣比等四个方面，核心在改进高炉下部透气性和死料柱透液性。 (3)提高喷煤量重要办法是采用高风温、恰当高富氧率，提高高炉上、下部调剂水平，提高顶压，改进透气性。在精料上，使用较高质量焦炭，强化原燃料管理和高炉槽下筛分，努力减少渣比。 (4)应依照原燃料质量和操作水平，以炉况稳定顺行为基本和前提条件，进行经济喷煤操作。以提高喷煤量后燃料比不升高、煤粉良好炉内运用为最后检查原则。改进喷煤置换比重要在于高风温、低渣比、高煤气运用率、低硅冶炼。 ff- TFe， 5915 5885 5873 5839 5844FeO， 753 762 778 791 8。21SiO：， 443 456 4-58 463 469CaOSiO， 181 1S2 182 184 1H5T I， 761t 75。28 755 7572 75615mnl， 4。4 36 331 374 385MS，I1n、 2f)，2 21 2()4 1991 2095 含量舶 喷煤比，kgt 17() 205 235 245二次灰含碳量 10763 18449 2611() 28883二次灰中未消耗煤量 0 11309 19741 22277重力灰含碳量 13269 16334 18714 19457重力灰中未消耗煤量 ()322 6655 10867 12022表4 宝钢高炉不同煤比时炉尘未消耗煤粉量Xt3 宝钢烧结矿质量指标出炉外，进入重力灰(一次灰)和瓦斯泥(二次灰)中。采用岩相分析与化学分析相结合办法，可分析出炉尘中未消耗煤粉含量。 未消耗煤粉比例5未消耗煤粉(5未消耗煤粉十s焦粉) 未消耗煤粉(含碳)量未消耗煤粉比例炉尘含碳量 随喷煤量提高，炉尘含碳量及其中未消耗煤粉含量升高。通过大量取样分析表白，铲尘含碳量与其中未消耗煤粉含碳量(即炉尘总碳成分中未运用煤粉所占比重)基本呈正比关系。实际上，每座高炉炉尘中末消耗煤粉碳含量是随炉尘含碳量变化，通过不同喷煤比操作日树炉尘检测分析彳rJ用如下经验式可大体估算出炉尘中未消耗煤粉损失状况，以检查喷煤运用效果。 宝钢高炉喷煤比在170245kgt范畴时，炉尘含碳量和未消耗煤粉含碳量与喷煤比(PCR)关系式为： 二次灰： 含碳量=-742+001XPCR+00005X(PCR)r0996 未消耗煤粉含碳量一?939063+058321 X PCRO0006867 x(PC久)r0984 重力灰： 含碳量二602587十0135 X PCR-000012648 X(PCR)r09649 未消耗煤粉含碳量一5215097+04146 X PCR以不同途径消耗运用规律进行了实验研究，成果表白，喷煤230kgt时，风口前燃烧消耗煤粉约占入炉煤粉量874；参加铁直接还原、非铁元素直接还原和碳气化反映消耗未燃煤粉约占入炉煤粉量1677；铁水渗碳和渣中沉积消耗未燃煤粉约占人炉煤粉量1242；随煤气逸出炉外未燃煤粉约占入炉煤粉量207，煤粉末运用率229，阐明煤粉燃烧和未燃煤粉运用良好。 4结论 宝钢通过技术研究和生产实践创新，在原燃料质量好、炉况稳定、操作技术水平高有利条件下，实现了高炉喷煤比200kgt以上目的，并持续保持该指标近年。总结高炉喷煤技术和宝钢生产实践，重要有如下经验： (1)选取符合规定煤种，并合理配煤，优化控制煤粉质量。 (2)提高喷煤量重要限制因素在原燃料质量特别是焦炭质量、风口前热补偿及煤粉燃烧率、高炉透气性和渣比等四个方面，核心在改进高炉下部透气性和死料柱透液性。 (3)提高喷煤量重要办法是采用高风温、恰当高富氧率，提高高炉上、下部调剂水平，提高顶压，改进透气性。在精料上，使用较高质量焦炭，强化原燃料管理和高炉槽下筛分，努力减少渣比。 (4)应依照原燃料质量和操作水平，以炉况稳定顺行为基本和前提条件，进行经济喷煤操作。以提高喷煤量后燃料比不升高、煤粉良好炉内运用为最后检查标准。改进喷煤置换比重要在于高风温、低渣比、高煤气运用率、低硅冶炼。(徐万仁) rb,kgt &l；b,kgt重力灰中未消耗煤二次灰比，kSt二次灰中未消耗煤未消耗煤总量，kg八。煤粉运用率， 170 176()32()()5 kgt 979 0 ()kgt 0刀5 9997 205 2()S 665 138 kgt 13-311131151 kgt 288 9859 235 173川87187 kgt 15-971974315 kgt 5n2 9786 245 2241202269kgt 226222285-04kgt 了了2 - 9684